一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法技术领域
本发明涉及空气压缩机站的压差自动控制技术。具体地，本发明涉及一种系
统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，根据该方法，在多系统空压站压
缩空气并网运行时，对各单空压机组系统进行压差补偿控制，保证多个系统并网
时压力平稳过渡，有效的提高空压机的使用效率，实现最经济的运行模式。
背景技术
空气压缩机站在实际运行中，当空压机低负荷运行时，如储气罐内压力上升
达到设定压力，需要调节管网压力。
现有应用最广泛的技术主要有三种：
第一种是空压机自动卸载技术，它使空压机主电机与压缩部分自动脱离，因
此，此时空压机不产生压缩气体，电动机处于空载运转，其耗电量大约为电机额
定运行的10％左右，这部分的电能实际被无偿消耗掉了。
第二种是空压机超压联锁启停电气控制技术，这种技术在负荷变化较大且储
气罐容量较小的情况下，将会引起电动机的频繁启停。由于空压机的空载启动电
流大约是额定电流的5～7倍，对电网及其它用电设备冲击较大，电能消耗较大，
同时，空压机的电机使用寿命也会缩短。
第三种是采用恒压变频控制技术，保证单个空压机的出口压力为恒定值，自
动调节电机的输出功率。
在管网中有不同压力等级的情况下，空压机的产气压力不能随着用气负荷的
要求变化而自动进行调节，现有方法往往采用提高整条管路的压力等级，采用减
压装置供给低压用气设备，从而造成能源浪费。
为此，结合现场实际运用过程中，如何更有效的提高空压机的使用效率就显
得较为重要。例如，在本发明所涉及的多个空压机组运行过程中，如何实现最经
济的运行方式(有些空压机可能工作在节流区域，进气阀没有全开或旁通阀开启
状态，如果多系统均存在这样的情况，则浪费能量很可观)显得较为重要。
通过对涉及的(空压机OR空气压缩机)AND压力进行检索，了解到目前涉及
的相关专利技术如下：
在申请号为“CN200710114501.2”、发明名称为“空气压缩机压力自动控制
装置”的技术方案中，公开了一种空气压缩机压力自动控制装置，它包括测量空
气压缩机内气体压力变化并输出压力电信号的电接点压力表，与所述电接点压力
表电连接的控制电路及由所述控制电路控制的空压机电机。工作人员根据浆纱生
产需求压力的大小，在保证空气压缩机设计安全要求范围内，获得最大值的压缩
空气，并根据获得的最大值，自由调节电接点压力表指针，最大限度的调节该压
缩空气上、下限之间的压力差，来获得相应的空气压力值，以达到下述目的：减
少电机启动次数，延长电动机使用寿命，节约用电，降低生产成本，提高生产效
率和浆纱半成品的质量。
根据申请号为“CN200610146203.7”、发明名称为“一种空气压缩机及控制
方法”揭示的技术方案，该方案涉及一种带有压力自动控制的空气压缩机结构，
由电动机、空气压缩机、储气罐、控制器构成，储气罐的压缩空气入口管上设置
三通管，三通管的三个端口分别联接卸荷阀出口、压力传感器、储气罐；卸荷阀
入口联接空气压缩机压缩空气出口管；压力传感器压力信号输出端联接控制器。
由于该技术使用了卸荷阀，可以使空气压缩机在出口常压下起动，降低了电动机
的起动电流和压缩机的起动冲击力；并可以在较大的范围内设定或调整压力，进
而将输出压力控制在该设定值附近的一个准确范围内，而且压力控制稳定、直观、
其耗能低、节能效果好。
在申请号为“CN92105586.2”、发明名称为“全自动空压站恒压变量控制系
统”的技术方案中，公开一种空气压缩机站的全自动恒压变量自动控制系统，采
用压力传感器，一台可编程控制器(或称PLC机)，一台变频调速器对多台空
气压缩机循环地实现带载软起动和调速控制。克服了现有技术中多台压缩机(或
泵)只作辅助的启、停开关的控制，不能连续调节，不能实现多台空压机的软起
动，造成对电网、对供气压力产生冲击的缺点，提高了供气的稳定度。
然而，上述以往技术方案存在的问题或缺陷是：在多系统空压站压缩空气并
网运行时，难以对各单空压机组系统进行压差补偿控制，从而，难以保证多个系
统并网时压力平稳过渡，同时无法根据各个系统不同的用气负荷的变化进行相互
供气量补偿，以在多个空压机组运行过程中，更有效的提高空压机的使用效率，
实现最经济的运行模式。
发明内容
本技术方案针对多个空压机组同时运行过程中，提出了最经济的多系统并网
运行，即当多个空压机组在同时运行过程中，如何做到互补，以最少的空压机投
入为目的，保证对个系统在最佳模式下的运行，但在现场实际运用过程中由于每
个独立的系统存在不同的运行状态时，其实际存在一定的压差，如何实现多个系
统并网时的的系统安全、稳定控制就显得较为重要，本技术方案结合多个系统在
不同的使用背景下，在并网过程中以安全、稳定的压差补偿控制为目的，在确保
并网稳定运行的基础上，采用了调节阀并网时开度分段函数控制，减少系统之间
干涉，保证多系统并网时压力平稳过渡。
为克服上述问题，本发明目的在于：提供了一种多系统空压站压缩空气压差
控制方法，根据本发明的一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，
在多系统空压站压缩空气并网运行时，可对各单空压机组系统进行压差补偿控制，
从而，可保证多个系统并网时压力平稳过渡，同时根据各个系统不同的用气负荷
的变化进行相互供气量补偿，实现最经济的运行模式。
根据本发明的一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，多个
并网系统单元组成的多系统空压机组并网后，所有调节阀是全开的，各个单空压
机组的系统压力基本保持一致。并网后可以达到少开空压机的目的，节能。
根据本发明的一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，根据
并网系统单元(两个系统并网)并网前的压力差决定调节阀的打开速度。压差小
阀门打开速度快，反之，压差大阀门打开速度慢，保证系统平稳过度。
本发明的一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法的具体方案
如下：
一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，并网运行的各空压
站，即单空压机组系统下的用户需要的最低供气压力一致，所述多系统空压站包
括n+1个空压站，即单空压机组系统，所述n+1个空压站，即单空压机组系统至
少构成n个并网系统单元，
其特征在于，针对各并网系统单元，所述方法包括步骤如下：
一.各单空压机组系统标准压力设定；
二.多系统空压机组并网位置确定；
三.检测各单空压机组系统管网实际压力，并上传至计算机控制管理中心
(PLC)；
四.各单空压机组系统压差计算，即因各单空压机组系统为满足本身运作所
需压力而存在的相互间的差异；
五.多系统空压机组并网压差调整，即，将单空压机组系统富裕压力调节至
其自身压力尚不满足本身运作所需压力的其他单空压机组系统，以达到节能的目
的；
六.多系统单空压机组运行压力报警设定，即：针对各单空压机组系统其自身
压力可满足本机组用户要求的最低压力作报警设定；
如无压力报警，则并网补偿控制结束，进入步骤七，多系统并网状态下正常
运行；
如有压力报警，则进入故障处理或切除并网，分离系统，压缩空气并网运行
压差补偿控制调整正常运行；
七.补偿控制结束，多系统并网状态下正常运行。
根据本发明，在步骤一，各单空压机组系统标准压力设定，各空压机组系统
满足本身运作所需压力，可互不相同，存在差异,通常大于6KG，上限无要求一般
在13KG以下，过高的压力会导致不必要的浪费。为保证用户端工作系统的要求，
对于单空压机组需设定标准工作压力，即通过投入不同数量的空压机来满足用户
的用气流量、压力需求。
根据本发明，在步骤四.各单空压机组系统压差计算，因本发明技术方案涉
及的是多个系统，那么不同的系统会有一定的压力差，各空压机组系统为满足本
身运作所需压力存在的差异。
各空压机组系统满足本身运作所需压力，可互不相同，存在差异,通常大于
6KG，上限无要求一般在13KG以下，过高的压力会导致不必要的浪费。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，所
述n+1个空压站，即单空压机组系统至少构成n个并网系统单元。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其
特征在于，在步骤4，进行并网系统单元压差计算，
P＝|Pi-Pj|
其中：P为不同管网压差(KPa)
Pi：第n个调节阀一侧系统的压力(KPa)
Pj：第n个调节阀另一侧系统的压力(KPa)。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其
特征在于，
在步骤5，进行并网压差调整，就所述多系统空压站的实际工作压力不同形
成的压差进行控制补偿，使得多系统空压站并网平稳后，所述多系统空压站的实
际压力一致，所述多系统空压站的调节阀和切断阀全开。
根据本发明，调节阀是可调节开度的，主要用来控制压缩空气压力和流量。
切断阀只有开关两种状态，主要在多系统并网时压力发生异常下降，关阀，迅速
解除并网，分离多系统，防止故障扩大。在调节阀同样具备切断功能情况下，仍
使用切断阀是增加迅速切除并网的可靠性。分离异常的单空压机组系统，保证其
他机组正常。通常一个单空压机组负责向一个厂或一条生产线供气，迅速分离故
障机组可防止影响其他厂或生产线正常运作。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其
特征在于，在步骤5，采用调节阀对需要补充压力的系统，即各单空压机组系统
的压缩空气的并网压力进行调节，
调节方法如下：
调节阀在初始并网时开度y与时间t的函数关系满足下式：
式中，
i和j：分别代表第n个调节阀两侧系统编号，
Pi和Pj：分别代表第n个调节阀两侧系统的实际压力，
n：第n个并网系统单元，
yn：第n个并网系统单元的调节阀的给定开度(0～100％)，
an：第n个并网系统单元的调节阀yn全行程设定时间，即调节阀yn全打开所
需时间，(s)，
bn：第n个并网系统单元中两个系统单独工作时最大压力差(KPa)，
t：单个空压机调节阀并网开始后不同时刻的打开时间(s)，通过将时间值
代入上述公式，得出不同时刻下阀门的开度。
以三系统(方式二右图)举例：
第一个并网系统单元并网时，取n＝1，
式中，y1为第1个调节阀给定开度(0～100％)，
在应用条件中的“100”表示阀门最大开度，
t时间(s)并网开始后不同时刻(0s,1s,2s,......)
a1表示调节阀y1全行程设定时间(s)，依据(并网前)单空压机组系统中
单个空压机的调整时间T确定,a1＝T。
T的确定方法：
单台空压机的控制目标是单机压力，控制对象是进气阀和旁通阀。通过检测
输出压力和设定压力差值控制进气阀和旁通阀开度。单台空压机启动后，从卸载
状态下加载机器到满负荷工作的时间就是单个空压机的调整时间T，T表示进气阀
和旁通阀一起协调控制压力的调整时间。
b1表示并网系统单元中两个系统单独工作时最大压力差(KPa)，依据两个
空压站实际最大压力差确定，b1的确定方法：并网前两个单空压机组系统实际压
力差，取最大值。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，使
用n个并网系统单元时，要用到n个调节阀，
取n＝1，第一个并网系统单元得出第1个调节阀控制函数，第一个调节阀两
边是p1/p2两个系统，
再取n＝2，第二个并网系统单元得出第2个调节阀控制函数，第二个调节阀
两边是p2/p3两个系统，
多于n＝2的多系统并网时，仍按上述步骤依次得出调节阀控制函数。
三个系统并网(方式二右图)时，转化为2个并网系统单元，要用到2个调
节阀。第一个调节阀两边是p1/p2两个系统，第二个调节阀两边是p2/p3两个系
统。
取n＝1，第一个并网系统单元得出第1个调节阀控制函数。
再取n＝2，第二个并网系统单元得出第2个调节阀控制函数。
多系统并网时，仍按上述步骤依次得出调节阀控制函数。
根据本发明，在步骤5，进行并网压差调整，即恒压控制。
多系统空压站开始并网时，为了减少并网后不同管网流量突变对系统冲击影
响，针对不同的并网压力，给出控制策略：
把多系统变化成几个并网系统单元来进行控制。并网系统单元是指2个空压
站连接的系统。例如方式一、二和三的结构简化删除个别空压站后就能得出并网
系统单元。
对于第一个并网系统单元，得出第1个调节阀控制函数。
第二个并网系统单元，得出第2个调节阀控制函数。
......
按上述步骤依次得出n个调节阀控制函数。多系统转化为n个并网系统单元
进行控制。
并网工作时，就所述多系统空压站的实际工作压力不同形成的压差进行控制
补偿，使得多系统空压站并网平稳后，所述多系统空压站的实际压力基本一致，
使得所述多系统空压站的调节阀和切断阀全开这是并网压差调整的结果，同时也
是并网必须的。
在对多系统转化为n个并网系统单元进行控制时，采用调节阀对并网系统单
元并网压力进行调节。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，在
应用条件中的“100”表示阀门最大开度100％，
如果阀门开度以角度：0到90度表示，
则上述应用条件变为式②变为
根据本发明，各个单空压机组系统下的用户需要的最低供气压力应一致，采
用所述控制并网方案。
根据本发明，根据并网系统单元(两个系统并网)并网前的压力差决定调节
阀的打开速度。压差小阀门打开速度快，反之，压差大阀门打开速度慢，保证系
统平稳过度。
根据本发明，多个并网系统单元组成的多系统空压机组并网后，所有调节阀
是全开的，各个单空压机组的系统压力基本保持一致。并网后可以达到少开空压
机的目的，节能。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其
特征在于，三个系统并网(n＝3，方式二右图)时，转化为2个并网系统单元，要
用到2个调节阀，第一个调节阀两边是p1/p2两个系统，第二个调节阀两边是
p2/p3两个系统，
取n＝1，第一个并网系统单元得出第1个调节阀控制函数，
再取n＝2，第二个并网系统单元得出第2个调节阀控制函数，
多于n＝2的多系统并网时，仍按上述步骤依次得出调节阀控制函数。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其
特征在于，在步骤6，并网后，设定多系统低压力报警，即针对各单空压机组系
统设定低压力报警发生报警时，启动备用空压机。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，多
系统低压力报警点在各个单空压机组系统上实现，只在单空压机组系统设定低压
力报警。
在步骤6，并网后，一旦各自系统发生报警时，启动备用空压机，因用户用
气量增加或运行的机器故障，会降低多系统并网后的压力，压力到达多系统低压
力报警值后，启动备用空压机即可提高系统压力。启动备用空压机的数量和地点
由操作人员判断和执行。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其
特征在于，
设定多系统最低压力报警，系针对各单空压机组系统设定的故障信号报警，
表示单空压机组系统存在异常，必须立即解除并网防止故障扩大，
一旦各单空压机组系统发生最低压力报警时，使用切断阀关闭该单空压机组
系统并网。
设定多系统最低压力报警(低压力报警是预警信号，提醒操作人员干预，通
过启动备用机或排除异常点来消除低压力报警。最低压力报警是故障信号，表示
单空压机组系统存在异常，必须立即解除并网防止故障扩大)，一旦各自系统发
生报警时，无需操作人员干预，控制系统自动切除并网，切断阀紧急关闭，各系
统分离。
根据本发明，通过设定单空压机组系统的低压力报警(各单空压机组系统一
致)来预警，操作工人工干预启动备用机或排除故障。设定单空压机组系统的最
低压力报警(各单空压机组系统一致)来切断报警点所在并网系统单元中的那个
切断阀，使故障点从系统中分离出去。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其
特征在于，在步骤7，多系统终止并网：
并网系统单元调节阀在终止并网时开度y与时间t的函数关系如下：
n＝1,2,3...
t：时间(s)，
an：第n个并网系统单元的调节阀yn全行程设定时间(调节阀yn全打开所需
时间)(s)。
两个单空压机组系统终止并网时，取n＝1：
Yn：调节阀给定开度(0～100％)。
根据本发明一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其特征
在于，如调节阀阀门开度以角度：0到90度表示，则函数变为：
t：时间(s)
an：第n个并网系统单元的调节阀yn全行程设定时间(调节阀yn全打开所需
时间)(s)。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其
特征在于，在步骤2.多系统空压机组并网位置确定，所述多系统空压站的多系统
空压机组分布距离小于2KM。
根据本发明，在步骤二，多系统空压机组并网位置确定，由于输送过程中存
在一定的损耗，通常2公里内有效。
根据本发明所述一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，其
特征在于，所述多系统空压站包括2-5个空压站。
根据本发明的一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，在多
系统空压站压缩空气并网运行时，可对各单空压机组系统进行压差补偿控制，从
而，可保证多个系统并网时压力平稳过渡，同时根据各个系统不同的用气负荷的
变化进行相互供气量补偿，实现最经济的运行模式。
附图说明
图1为本发明流程图。
图2为本发明FCV101调节阀初始开控制曲线图。
图3为本发明FCV101调节阀初始开控制曲线斜率变化图。
图4为本发明FCV101调节阀FCV101终止关控制曲线图。
图5为本发明空压站联通阀系统一例示意图。
图6为多系统并网的并网系统单元示意图。
图7为多系统并网的拓扑结构方式一-总线型结构一例示意图。
图8A,B分别为多系统并网的拓扑结构方式二-星型结构举例示意图。
图9为多系统并网的拓扑结构方式三-混合型结构举例示意图。
图10为1#2#空压站节能运行切换流程图
具体实施方式
实施例：
根据某钢厂1#2#空压站系统实际情况，两个系统实际工作压力差100KPa，调
节阀单向全行程设定300S进行分析。
1、FCV101初始开控制如下图2，3所示。
2、当FCV101初始由全关向开方向运动时，根据实际的系统压力差
|p1-p2|按曲线Ⅰ(或Ⅱ,Ⅲ)给定阀门开度。压力差越大，曲线斜率越小，阀门
动作时间越长。反之，压力差越小，曲线斜率越大，阀门动作时间越短。压力差
大于设定100KPa时始终按曲线Ⅰ控制。
p1表示PT101检测压力，
p2表示PT102检测压力，
FCV101终止关控制如图4所示。
分离两个系统时按最大压力差考虑。
3、节能运行
1#空压站有5台100 m3/min的空压机，
2#空压站有4台150 m3/min的空压机，
⑴、运转组合
⑵、节能运行切换，见图10.
4、控制连锁条件：
⑴、1#空压站系统压力PT02和总管压力PT101 低报警L：5.8Kpa低低
报警LL：6Kpa
⑵、2#空压站系统压力PI 8002和总管压力PT102 低报警L：5.8Kpa低低
报警LL：6Kpa
⑶、FCV102连通阀自动切断功能选择“投入”：
A./PT02和PT101同时“低低报警LL”，FCV102自动关断(与操作权限无
关)，同时监控画面报“连通阀自动切断报警”。FCV102远方和场阀控制箱均
无法开启。
B./PI8002和PT102同时“低低报警LL”，同第A.点描述。
C./“连通阀自动切断报警”时；FCV101给定自动归零，迅速关闭，远方
无法开启。
⑷、FCV102连通阀自动切断功能选择“切除”，FCV101/FCV102全手动控制。
⑸、FCV102关到位时；FCV101给定自动归零，缓慢关闭，远方也无法开启。
5、操作运行
⑴、控制权限设定原则：
①权限应选择在空压机运行台数少的一方；
②空压机运行台数相同时，权限应选择在供气能力小的一方。判断方法：当
FT101>35m3/h,选择“2#空压站”，当FT102>35m3/h,选择“1#空压站”。
⑵、FCV102自动切断功能
①1#空压站和2#空压站空压站并网后必须选择“自动切断投入”；
②只有在特殊情况下才允许选择“自动切断解除”，如一方空压机可运行台
数严重不足时，由另一方维持供气时解除自动切断功能。
③画面报“连通阀自动切断报警”时，需通过“复位”进行报警消除。
⑶、FCV101和FCV102操作方法与水处理设备相同
⑷、并网时空压站设备故障处置方法
1#空压站空压站只显示本站故障信息，同理2#空压站空压站也只显示本站
故障信息。
①本站设备故障处理参见“(空压站)岗位规程”；
②1#空压站系统压力PT02或总管压力PT101小于6Kpa低报警时，1#空压
站运行人员远程启动备用空压机；
③2#空压站系统压力PI 8002或总管压力PT102小于6Kpa低报警时，2#空
压站运行人员远程启动备用空压机；
④1#空压站系统压力PT02或总管压力PT101小于5.5Kpa低低报警时，1#
空压站运行人员远程或现场追加启动备用空压机；
⑤2#空压站系统压力PI 8002或总管压力PT102小于5.5Kpa低低报警时，
2#空压站运行人员远程追加启动备用空压机；
⑥画面报“连通阀自动切断报警”时，运行确认FCV101反馈开度0％或FCV102
灰色全关(白色圆点)。如阀门状态异常，1#空压站运行人员现场手动关闭AIR69
或AIR68，2#空压站运行人员现场手动关闭AIR71。
根据本发明的一种多系统空压站压缩空气并网运行压差补偿控制方法，在多
系统空压站压缩空气并网运行时，可对各单空压机组系统进行压差补偿控制，从
而，可保证多个系统并网时压力平稳过渡，同时根据各个系统不同的用气负荷的
变化进行相互供气量补偿，实现最经济的运行模式。